这些创新，将改变未来的飞行

张晋

波音公司创始人威廉·波音曾经说过：“不要因为一句‘这做不到而放弃任何一个创新构想。”

在航空业进入新一轮格局重组的当下，创新技术层出不穷。今天，无论你是否做好了准备，全新布局的电动飞机、更高效率的机身装配生产线、人工智能技术等正在一步步从天马行空的设想变为现实。

混合电推进技术

混合电推进技术是解决飞机推进、动力与热管理问题的有效途径。2019年，全球范围内混合电推进技术领域开展了多项硬件级演示验证计划，使这一技术向应用迈出了一大步。

在系统研究领域，2019年4月，柯林斯宇航公司宣布投资5000万美元，建设一个面积达2300平方米的先进电力系统试验室——“电网”（The Grid）。该试验室计划于2021年全面运行，未来可用于支持功率等级1兆瓦的电机、电机控制器和电池系统的设计和测试。

在支线飞机领域，罗罗公司2019年8月宣布，用于E-Fan X支线混合电推进验证机的2.5兆瓦发电机已进入地面测试阶段。在当年6月的巴黎航展上，罗罗宣布将收购西门子电动飞机业务。此外，联合技术公司高级项目组宣布了一个名为“804”的项目，该项目计划在3年内完成以Dash9-100飞机为平台的混合电推进飞机的改装及试飞工作，最终目标是通过使用包含1兆瓦发动机（针对巡航效率优化）和1兆瓦电机（电池驱动，主要为起飞、爬升阶段提供动力）的混合电推力系统替代一台涡桨发动机，从而实现燃油消耗降低30%的目标。

在轻型飞机领域，加拿大海港航空2019年3月宣布与电机初创公司MagniX合作，以德·哈维兰公司“海狸”飞机为平台开展全电推进系统改装。2019年12月，装载了全电推进系统的飞机完成了首次试飞。根据计划，该型飞机将在2021年完成适航取证。

在美国，NASA一直在推进全电X-57飞机的演示验证计划，2019年8月完成了大展弦比机翼载荷测试。除了项目本身之外，NASA还在高校中资助了多个研究项目，如为伊利诺伊大学香槟分校的飞机低温高效电力技术中心提供了为期3年、总额600万美元的资助，用于研发基于液态氢燃料电池的全电推进飞机。

在欧洲，2020年伊始，由“欧洲地平线2020”计划资助的混合电推进技术项目（IMOTHEP）在布鲁塞尔正式启动。该项目获得了1040万欧元资助，旨在研究商用航空混合电推进技术，研究周期为4年。IMOTHEP将结合先进的飞机构型设计和创新的推进系统架构，对混合电推进飞机的电力系统技术进行深入研究，以充分发挥推进系统与飞机构型之间的协同效应。

该项目由法国航空航天研究中心牵头开展，共有33个参与方，其中包括空客、赛峰、MTU、法国国立高等航空航天学院、鲍豪斯研究院、欧洲航行安全组织等。此外，欧洲航空安全局作为第三方也参与了研究项目。

ATI波音加速器计划

2019年，737MAX事件让波音头疼不已，但是波音并没有放慢技术创新的脚步。2019年10月，波音联手英国航空航天技术研究所（ATI），共同宣布了一项为期2年的计划——ATI波音加速器计划，该计划旨在扶持航空航天工业中初创企业的成长。

该计划第一轮为期三个月，旨在寻找世界一流的初创公司，每家被选为资助对象的初创企业将获得来自波音HorizonX风险投资平台的10万英镑股权投资，并有机会同ATI、波音的专家交流合作，共同完成技术的初始概念验证工作（POC）。波音将在2年的计划执行期内，通过旗下的HorizonX风险投资平台提供至少200万英镑的资金支持。通过这种合作，波音和ATI希望能够加速创新，帮助充满活力的全球初创企业生态系统迅速成长。ATI波音加速器计划每年将扶持2批，每批8～15家初创企业，企业的业务范围主要包括先进材料、区块链技术、增材制造、数字孪生、智能工厂等。

ATI波音加速器计划是首个专门针对民用航空航天技术设立的加速器计划，它将为初创企业在行业内取得成功提供更大的机会和平台。利用新技术和新商业模式提高生产率、刺激行业发展来应对挑战，已经被证明是一种可行的方式。在这一平台中，初创企业展示的新技术和解决方案将会被大企业敏锐捕捉，从而得到更好的发展。

ATI波音加速器计划受到了英国政府和企业的倾力支持。2020年1月，英國商务部、能源与工业战略部（BEIS）宣布开设全新的“加速器”办公室，标志着该计划正式进入实施阶段。

目前，首批获得资助的10家初创企业已经在众多参选企业中脱颖而出，它们将在未来三个月内在伦敦接受来自ATI、波音和GKN航宇公司战略规划和技术方面专家的直接指导，共同完成项目的初始概念验证。根据计划，首批获得资助的10家企业将在4月的演示验证中向客户、投资方等详细介绍研究成果以及应用前景等。

NASA在关注什么

2020年2月，美国政府公布了其2021财年预算申请。其中，美国国家航空航天局（NASA）2021财年的预算为252亿美元，较上一年预算增加12%，其中近一半将用于支持重返月球和登陆火星计划。用于民用航空科技研发的预算为8.19亿美元，较上一财年增长4.5%。同时，NASA的预算还明确了将重点支持X-59超声速技术低声爆验证机（QueSST）、电推进系统、无人机空中交通管理等方面的研发工作。

目前，NASA航空领域的研究以“计划（Program）+项目（Project）” 的两层结构对相关科研工作进行管理。其中，“计划”指的是实现NASA航空研究战略目标相关的重点研究方向，在相当长时间里将保持相对稳定;“项目”则是较为具体的一些科研内容，可能是面向某些通用领域的科研需求，也可能是针对专门领域或主题的研究，不同项目实施的科研周期也不尽相同。2021财年，NASA航空研究新增了航空学评价与试验能力计划（AETC），使得NASA航空研究计划增加到5个，其他4个延续性计划为：空域运行与安全性计划（AOSP）、先进飞行器计划（AAVP）、综合航空系统计划（IASP）和变革性航空概念计划（TACP）。

新增的航空学评价与试验能力计划主要用于支持地面试验设施的可持续发展。空域运行与安全性计划旨在开展空中交通管理和运营安全性概念相关的研究与技术开发。该计划包括两个子项目，分别是空中交通管理-探索（ATM-X）和系统级安全性（SWS）。

空中交通管理-探索项目将继续推进实现无人机系统交通管理（UTM）运行和空域集成的技术开发与验证，特别是实现城市空运（UAM）飞行器的空域和空中交通管理能力;利用波音环保验证机开展飞行试验，确定未来自主货机运行的研究需求。系统级安全性项目将开发处理飞行器状态信息以监控系统安全性和进行预测的技术，为发展先进实时系统级安全性保证系统打下基础，进而实现风险的自动监控、评估和缓解。

先进飞行器计划将支持先进工具、技术和概念的开发，使下一代飞机更安全、能源利用更高效、对环境的影响更低。先进飞行器计划2021财年包含先进空中运输技术、垂直升力技术、民用超声速技术、高超声速技术4个项目。其中，民用超声速技术项目将支持X-59QueSST飞机的后期试飞工作。

先进空中运输技术项目将利用NASA电动飞机试验台（NEAT）开展兆瓦级逆变器试验以及先进机翼、发动机降噪装置等降噪技术验证。创新垂直升力技术项目将开发电垂直起降飞行器的高压直流电源质量标准，通过建模仿真验证UAM多旋翼飞行器声学性能的计算能力。民用超声速技术项目将确定声学验证测量系统，准备低声爆飞行验证机试验的实施计划，利用预测验证工具完成试验前预测能力的评估。高超声速技术项目将进行高超声速飞行试验性能预测计算，研究涡轮基冲压组合（TBCC）发动机部件的设计方案，为其后续制造和地面试验打下基础。

综合航空系统计划主要包含4个子项目，分别是飞行验证与能力、电气化动力系统飞行验证、先进空运和低声爆飞行验证机。

飞行验证与能力项目将为X-57飞机的下一阶段飞行做好准备，其中包括电机移至机翼翼尖和采用综合分布式电推进电机等试验。

电气化动力系统飞行验证项目是2021年新设的项目，该项目将支持把电动力系统、电分配和储能部件加装至已有飞机平台，并通过飞行试验验证电推进系统的性能。

先进空运项目从2021年开始从空域运行与安全性计划转至综合航空系统计划下管理，该项目将管理城市空运“大挑战”飞行验证活动等大型复杂验证活动，将获得的经验和知识与美国联邦航空局（FAA）以及工业界分享，为后续的商业化运营做好准备。

低声爆飞行验证机项目为NASA航空研究中的低声爆飞行验证（LBFD）任务提供主要支持。NASA低声爆飞行验证任务分为三个阶段。

第一阶段开展X-59飞机详细设计、制造、首飞和包线扩展试飞。第二阶段开展低声爆声学验证试飞，包括飞机近场、中场和远场及地面声爆信号的数据收集和评价。第三階段，X-59验证机将在多处开展低声爆公众反应试飞，试飞研究结果将提交国际民航组织以制订新的超声速客机噪声标准。低声爆飞行验证机项目将完成LBFD任务的第一、第二阶段工作，主要内容是完成最后的飞机子系统测试和NASA提供的系统的地面试验，完成X-59飞机的飞行就绪评审。预计X-59将在2022年1月完成首飞，2023年1月洛克希德·马丁将把飞机交给NASA，LBFD任务的第一阶段随之结束。

变革性航空概念计划则主要利用航空与非航空技术的集成，创造新概念与技术。变革性航空概念计划2021年包含3个项目，即聚合航空解决方案、变革性工具与技术和高校创新。其中，聚合航空解决方案项目将支持人机协同、创新性材料、电垂直起降飞机综合声学分析能力开发等。

从公布的研究计划中不难看出，NASA的研发投入聚焦在电推进、城市空运、无人机系统空中交通管理等方面的技术研发和飞行验证。2020年，NASA的X-57电动飞机将完成首次飞行，X-59验证机将完成总装，验证城市空运的“大挑战”活动的前期准备工作正在有序推进。NASA重点关注的这些领域，或许代表了行业未来的发展方向。